用手铲、丁字镐、锄头，一群来自南京的科学家在内蒙古乌海市，就这么一刮一拨。一座被火山灰“尘封”3亿年的远古森林植被化石群终于重见天日。
王军与化石合影。 本版图片来源：中国科学院南京地质古生物研究所
2012年，初步研究成果在《美国科学院院报》发表后，惊动了国际地质古生物学界。因其特异的保存方式与意大利庞贝古城颇为相似，科学家们将这片化石森林命名为“植物庞贝城”。
不久前，我国有3个地质遗产地入选“第二批100个世界地质遗产地名录”，“乌达二叠纪植被化石产地”——“植物庞贝城”便名列其中。
这一重大发现，究竟具有怎样的研究价值？这个远在千里外的神秘“化石宝库”是如何被打开的呢？记者近日专访了“植物庞贝城”发现者中国科学院南京地质古生物研究所研究员王军及其团队，和他们一起走近3亿年前的远古“幸存者”，探寻远古森林的奥秘。
发现·特别巧 一个直立茎干化石，牵出一座“植物庞贝城”
与古植物研究打了一辈子交道，乌达煤田是王军绕不开的重要“寻宝”地点。
2003年，他为了一块瓢叶目植物再次来到乌达煤田，却意外发现了一个世界级化石宝库。
“现在回头看，真的非常巧。如果当时我没有多看一眼的话，不知道又得过多少年，它才会被发现并认出来，因为被自然风化后在岩层的断面上刚好露出植物茎干的情况是少之又少，而且又很少引人注目。”王军回忆当初发掘现场的一幕幕，生动如昨。
团队在煤田勘探。
那天天色已晚，王军和同事搜集了一天的化石，正准备回去，无意间多看了一眼6号煤层与7号煤层中间的灰白色岩层，暮色朦胧间瞅见了一根疑似“站”着的茎干化石埋藏其中。“我们当时都不敢相信，怀疑天色太暗，是自己看错了。约好第二天一早赶过去挖掘、确认。结果真是‘站’着的茎干。”
“站”着的茎干有何特别之处？
原来，这层乌达二叠纪植被化石产地最早在20世纪90年代初就有发现，但业内此前认为，这一含化石岩层，属于湖相沉积的黏土岩。曾经的植物生长在湖泊周围，被河流冲走沉到湖底，才得以成为化石保存下来。然而，异地保存的植被化石绝大多数情况下是无法看到直立茎干的。一棵树被水冲走，肯定是倒下并以平躺的姿态被水流运送到另一个地方，而且大多数树叶已经散落。
“站”着的茎干，与湖积黏土岩的特性并不相符。
孤例难证，王军就顺着岩层继续找。结果发现，每隔三五米就有一棵直立的树桩，这是以往没有发现和关注的。
最初发现化石的分布很广，在整个乌达煤田面积约35平方公里的范围内稳定分布。这么多的密集标本，又都是呈现“站立”姿态，多年研究经验提醒着王军，“这绝不寻常”。于是，他拎起锤子，手起锤落、岩石碎裂，大量植物化石重见天日。
“当时真是像捧着宝贝一样，把石头捧回去了。”王军笑着介绍，后经切片分析表明，保存化石的灰白色岩层是典型的火山凝灰岩；通过火山灰内高精度锆石定年表明其距今约2.98亿年，与石炭-二叠纪之间的界线年龄十分接近。随后，王军又带领团队仔细研究化石后发现，中间不存在火山喷发间歇停止后，又有树木新生长而再次喷发埋藏化石的情况，属于一次性火山喷发和植物埋藏事件。
这样，2.98亿年前的一幕就很清晰了——当时，火山喷发产生的巨量火山灰突然降落，将森林中草本植物及几十米高的乔木压倒、封印其中，后经过漫长的石化过程，火山灰变成两层煤之间的火山凝灰岩，成煤森林变成了植物化石，乌海“植物庞贝城”直观地让人类窥见近3亿年前森林的实际模样。
意义·特别重 举世无双，时间特殊、化石完整性高
距今2.98亿年，火山灰瞬间“封存”，两大要素造就了这座“城”的举世无双。
远古森林实际复原图。
“这个时间点很特殊，当时地球正经历冰室气候向温室气候转换。”王军介绍，据不完全统计，目前全球发现的动物化石埋藏点有50多万个，植物化石埋藏点有10多万个，公认的与“植物庞贝城”保存方式相同的仅有5个。但乌海“植物庞贝城”是唯一一个处于石炭纪与二叠纪之交的。
因此，对乌海“植物庞贝城”的化石证据，对探究现代植被跟随气候变换的趋势具有重要的参考价值。
“有时候，研究历史就像在照镜子，还能预测未来。比如，数亿年过去，眼下，我们的地球又一次来到从冰室气候过渡到温室气候的时期。”王军说，当全球气候变化时，植物为了适应气候变化也会跟着进行调整，有的转移、有的演化进化，无法适应的则会灭绝。如果能将这座“城”内的植物一一复现，找出它们为适应气候而产生的变化规律，就可为研究现代植被适应冰室过渡到温室的变化提供重要参考，对于探索和预测地球的宜居性演变规律也极具价值。
此外，不同于动物化石，迄今为止，被找到的植被化石中，有99%是植物的碎片。因此，古植物学家通常只能通过植物碎片化石来还原古植物形态，就好比盲人摸象，很多时候靠猜测和想象，只能用拼图的方式重建史前地球生态面貌。
但乌海“植物庞贝城”却和其他化石产地有着重大区别。“得益于火山灰的瞬间封存，这里的植被被保存得异常完整。”说话间，王军随手拿起一块化石标本介绍，“看，这就是从乌达煤田带回来的化石，平常我用它教学用。”
顺着王军手指位置，记者看到，石块上植物的枝条结构十分完整，沿着蜿蜒的枝条，还能看到小小的、顶端略尖的叶子，形态同样十分完整。据王军介绍，在产地，还有很多化石，有长着果实的树冠、缠绕的藤蔓、树间的小草以及被昆虫咬食的植物叶片，部分结构矿化还保留了植物内部特征，在扫描电镜下甚至能观察到细胞结构甚至细胞核。
“它不仅仅是乌海的宝藏，更是全人类的自然遗产。”中国科学院院士、中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员朱敏说，古生物学与当前地球生物多样性有密切关系，只有把过去搞清楚，才知道未来该怎么做。
挖掘·特别难 冬天冻僵、夏天暴晒，勘探一天头发洗三遍
一直以来，“植物庞贝城”处于边生产边保护的状态。一般是生产现场挖到了含化石层，适合进行森林复原调查的话，王军团队就前去进行抢救性挖掘，研究团队基本处于随时待命状态。
“现在天冷了，煤田那边风大，比南京气温低不少，有没有多带点衣服？”采访当天，记者正巧碰见王军团队一批科研人员出发去乌海。临行前，王军挨个拎了拎大家的行李箱，掂量掂量重量。“这几名都是团队里的年轻人，大部分还是我的学生。”王军说。
煤田里挖化石，现场环境是什么样的？科研人员在现场勘探有哪些难点？“和煤田工人没两样。”王军笑着说，比如冬天快到了，由于乌达煤田是露天开采的，现场风很大，冬天冷的时候低温能到零下十几、二十摄氏度。“我还记得2017年冬天最冷的时候，也是一次抢救性挖掘，我和几个专家把家里厚衣服都带上了，到了现场还是冻得受不了，每人又加了一件军大衣。风呼呼地吹，现场勘探抡锤子，手没一会儿就冻僵了，抡不动锤子更抓不住笔，记不了化石分布数据。后来，我们就利用现场煤炭生了火，大家手冻僵了就去烤烤火、熏一熏，熏软了再回去继续，一会又僵了，再去烤。”
冬天冻僵，夏天当地气候炎热，科研人员挖化石的情况又走向另一个极端。“热得受不了，太阳一晒，地下煤层还有自燃现象，相当于上晒下烤。还很脏，内蒙古干燥风大，我们每天的工作现场旁边都是挖掘机和铲车，他们将煤装到车上时，只要有一点点风，灰尘就会飘出来。一天下来，我们脸上除了煤灰就是汗。尽管戴着安全帽，回到驻地洗澡时，头发至少得打三遍洗发水，才能洗干净，嘴里和鼻子里也吸进很多煤灰。”王军团队青年骨干、副研究员周卫明开玩笑说，每次夏天去乌达煤田挖化石，自己回来后，家人总说自己牙齿看着白了不少。
“虽然很累、很难，但是抢救非常有必要，错过时机想去都不行了。”王军说，他和同学们喜欢精美的化石，有时候发现一个好的化石，两眼放光，兴奋得很，也不知道累。
成果·特别硬 首次实际复原远古森林，为古植物学学科分类作出世界级贡献
“这树好奇怪，世上没有这种植物吧？”走进王军的办公室，很难不被悬挂在一侧的植物图吸引，只见其树干笔直，下半部分光秃秃的；顶部叶子果穗有点像松果，叶子形似杉树叶。再仔细一看，图片旁边还标注着其通过孢子繁殖。
这是王军和团队通过“植物庞贝城”化石复原的瓢叶目家族新物种——乌海拟齿叶。
瓢叶目植物是生活在距今3.5亿年—2.5亿年前的一类植物。化石标本最早于1822年在捷克被发现，而瓢叶目的确立是1931年。
王军说：“为已被发现的、地球上曾经有过的各种植物在分类系统里面找到相应的位置，是古植物学家们最基本的学科目标。但瓢叶目植物的身世一直是个谜。一直以来，业内发现的瓢叶目植物化石标本都太碎小了，缺乏植物的整体形态和内部解剖信息，所以无法从分类学上进行归类。”
2003年，王军手起锤落，“植物庞贝城”现世，瓢叶目家族的命运齿轮开始转动。
在这里，王军团队发现了一块重超过1吨的瓢叶目化石标本，标本完整地保留了这棵树被火山灰埋藏前的样子。科研人员进一步研究发现，这是瓢叶目家族新物种乌海拟齿叶，并确认了它具有蕨类植物的孢子繁殖方式，同时又具有种子植物的木材结构，乌海拟齿叶和它所属的瓢叶目属于前裸子植物——这类植物最早见于泥盆纪，并由此演化出了种子植物。
这一发现揭示了孢子植物向种子植物演化进程的重要环节，彻底解决了瓢叶目在生命演化树中的位置。从此，瓢叶目植物走进了生命演化树，载入了教科书。
值得一提的是，瓢叶目是第一个由中国学者主导研究并确认其系统分类位置的晚古生代目级植物。其分类位置的确定，代表了中国学者对于古植物分类学的重大贡献。
“乌海‘植物庞贝城’的植物化石还有很多，我们会一直研究下去，整体重建更多植物新种。”王军说。
“乌海拟齿叶”的整体重建只是冰山一角。乌海“植物庞贝城”已发现石松类、有节类、瓢叶目（前裸子植物）、蕨类、种子蕨类、苏铁类、科达类等七大类植物化石。20多年来，王军研究团队先后搜集了数万块古生物化石标本，对乌海“植物庞贝城”中20多种植物化石进行了分类学研究。
此外，受保存条件所限，人们所看到的地球历史上的远古森林复原图都存在巨大的时空误差，并非实际复原。经过对乌达煤矿“植物庞贝城”中众多植物化石形态和位置的三维复原，王军团队实现了世界上迄今为止对地史时期陆地景观的、最大面积的植被实际复原研究，并在全世界首次绘制出了一张远古森林的实际尺寸复原图。
王军说，和他一起合作的科学家有30多位，团队在《美国科学院院报》等国际知名期刊上累计发表论文60余篇。“我们这代科学家可以把‘植物庞贝城’的总体面貌揭露出来，尽可能地弄清楚大部分物种的分类学特征，我们做不完的，还有学生接着做。我相信，未来一定能把‘植物庞贝城’里的植物完整复现出来。”
研究证明，乌海“植物庞贝城”囊括了5项世界之最：最大面积的远古森林实际复原、最丰富的同期成煤植物群化石标本收藏、最古老的苏铁植物、最丰富的瓢叶目植物群落、最多的化石植物整体重建。
编辑：诸鹏飞
审核：盛捷